Skip to main content

LUP Student Papers

LUND UNIVERSITY LIBRARIES

Advanced control of chromatography systems for automated analysis of monoclonal antibodies

Guan, Jerry LU (2021) KETM05 20211
Chemical Engineering (M.Sc.Eng.)
Abstract (Swedish)
Nedströmsprocesser för rening av biologiska läkemedel som monoklona antikroppar rör sig från batch-processer till kontinuerliga, och vidare till helt automatiska, kontinuerliga nedströmsprocsser. En del av visionen för automatiska reningsprocesser är möjligheten att automatiskt analysera från olika steg av reningen. Orbit är ett program som tillåter advancerad styrning av ÄKTA kromatografisystem för rening av proteiner från Cytiva. I kombination med ett ytterligare program som heter Satellite CDS kan Orbit även kontrollera HPLC-system från Agilent Technologies.

I detta examensarbete kopplades en ÄKTA Explorer till injektionsloopen på en Agilent HPLC för att bilda ett dubbelsystem med syftet att förbereda prov för analysis, samt att... (More)
Nedströmsprocesser för rening av biologiska läkemedel som monoklona antikroppar rör sig från batch-processer till kontinuerliga, och vidare till helt automatiska, kontinuerliga nedströmsprocsser. En del av visionen för automatiska reningsprocesser är möjligheten att automatiskt analysera från olika steg av reningen. Orbit är ett program som tillåter advancerad styrning av ÄKTA kromatografisystem för rening av proteiner från Cytiva. I kombination med ett ytterligare program som heter Satellite CDS kan Orbit även kontrollera HPLC-system från Agilent Technologies.

I detta examensarbete kopplades en ÄKTA Explorer till injektionsloopen på en Agilent HPLC för att bilda ett dubbelsystem med syftet att förbereda prov för analysis, samt att utföra analys. ÄKTA Explorern samlade prov och förberedde det om nödvändigt. HPLC-maskinen var utrustad med en kolonn som separerade beroende på molekylens storlek för att kunna analysera bildandet av aggregat i antikroppslösningen. Två körningar av Orbit användes för att styra och länka dessa två system och experiment utfördes för att testa funktionaliteten. Syftet med examensarbetet var att testa möjligheten för automatisk analys och för att detta system ska vara fullt funktionellt behövs en metod för att säkra att provet i HPLC-loopen har samma koncentration som originalprovet. Detta är viktigt för en reprensativ analys. Några lösningar till problemet kan vara att använda mer prov, vilket ger en större pool, eller en detektor vid HPLC-loopen. För ytterligare framtida arbete kan denna analytiska system integreras i en nedströmsprocess för rening av antikroppar. (Less)
Abstract
Downstream processes for purification of biological pharmaceuticals such as monoclonal antibodies are moving from batchwise to not only fully continuous, but also fully automated production. A part of the vision for fully automated purification processes is to be able to automatically analyze from sample streams of the purification steps. Orbit is a software that allows for advanced control of ÄKTA chromatography systems from Cytiva which are used for purification of antibodies. In combination with another software called Satellite CDS, Orbit can also control analytical high performance liquid chromatography (HPLC) systems from Agilent Technologies.

In this master thesis, an ÄKTA Explorer system was connected to the injection loop of... (More)
Downstream processes for purification of biological pharmaceuticals such as monoclonal antibodies are moving from batchwise to not only fully continuous, but also fully automated production. A part of the vision for fully automated purification processes is to be able to automatically analyze from sample streams of the purification steps. Orbit is a software that allows for advanced control of ÄKTA chromatography systems from Cytiva which are used for purification of antibodies. In combination with another software called Satellite CDS, Orbit can also control analytical high performance liquid chromatography (HPLC) systems from Agilent Technologies.

In this master thesis, an ÄKTA Explorer system was connected to the injection loop of an Agilent HPLC system to form a dual system for sample preparation and analysis. The purpose of the ÄKTA was to collect sample and prepare the sample by a chromatographic step if needed. The HPLC was equipped with a size exclusion column for analysis of aggregates in antibody solution. Two instances of Orbit was used to control and integrate the two systems and experiments were made to test the functionality of the setup. The purpose of this master's thesis was to investigate the possibility of automatic analysis and for this system to be fully operational, a method that ensures that the sample that reaches the HPLC loop has the same concentration as the original sample is needed. This is important to get a representative analysis of the sample. The solutions to this problem could be either by having a larger volume of sample from the ÄKTA Explorer for creating a larger pool or an addition detector at the HPLC injection loop. For even further work, this analytical setup could be integrated into a downstream purification process. (Less)
Popular Abstract
Antibodies are proteins which are naturally found in the immune system and their purposes are to identify and inhibit pathogens. Because of these useful characteristics, antibodies can also be created for use in pharmaceuticals. Monoclonal antibodies are laboratory made and as the name suggests, a clone of a single B-cell which are a type of white blood cell. Each variant of monoclonal antibodies are identical and highly selective as they solely bind at a specific site of a target antigen which makes them very attractive in the pharmaceutical market.

Monoclonal antibodies are produced from living organisms along with other impurities which creates the need to be purified before use. The future vision is to have a fully automatic... (More)
Antibodies are proteins which are naturally found in the immune system and their purposes are to identify and inhibit pathogens. Because of these useful characteristics, antibodies can also be created for use in pharmaceuticals. Monoclonal antibodies are laboratory made and as the name suggests, a clone of a single B-cell which are a type of white blood cell. Each variant of monoclonal antibodies are identical and highly selective as they solely bind at a specific site of a target antigen which makes them very attractive in the pharmaceutical market.

Monoclonal antibodies are produced from living organisms along with other impurities which creates the need to be purified before use. The future vision is to have a fully automatic purification process of antibodies. To ensure the quality of the purification steps, analysis is needed as the drug should not be harmful to the patient. Both analysis and parts of the purification process uses chromatography.

This master thesis investigated the possibility of an automatic analysis and sample ordering system which would be a part of the future vision of a fully automatic production of antibodies. For this purpose, two chromatography systems were used: one analytical high performance liquid chromatography system from Agilent and an ÄKTA Explorer from GE Healthcare, which is a chromatography system for protein purification. By connecting these two systems, a setup for automatic sample preparation and analysis was created. To control them automatically, a software called Orbit was used which allows for advanced programming of the two chromatography systems and also has the capability of linking them together. To test this setup, monoclonal antibodies were transferred over from the ÄKTA Explorer to the HPLC and were analyzed. The experiments done in this project showed promise for implementing a fully automatic analysis of antibodies. (Less)
Popular Abstract (Swedish)
Antikroppar är proteiner som finns naturligt i immunsystemet för att identifiera och hämma patogener. Dessa egenskaper leder till att de även kan användas i läkemedel. Monoklonala antikroppar tillverkas i laboratorium och som namnet antyder, är de kloner av en enda B-cell som är en typ av en vit blodkropp. Varje variant av monoklonala antikroppar är identiska med varandra och binder på ett specifikt ställe på en antigen vilket gör dem attraktiva på den farmaceutiska marknaden.

Monoklonala antikroppar produceras från levande organismer tillsammans med andra föroreningar som behöver tas bort för att rena antikropparna. Framtidsvisionen är att kunna helt automatisera reningsprocessen av antikroppar. För att säkerställa kvaliteten på... (More)
Antikroppar är proteiner som finns naturligt i immunsystemet för att identifiera och hämma patogener. Dessa egenskaper leder till att de även kan användas i läkemedel. Monoklonala antikroppar tillverkas i laboratorium och som namnet antyder, är de kloner av en enda B-cell som är en typ av en vit blodkropp. Varje variant av monoklonala antikroppar är identiska med varandra och binder på ett specifikt ställe på en antigen vilket gör dem attraktiva på den farmaceutiska marknaden.

Monoklonala antikroppar produceras från levande organismer tillsammans med andra föroreningar som behöver tas bort för att rena antikropparna. Framtidsvisionen är att kunna helt automatisera reningsprocessen av antikroppar. För att säkerställa kvaliteten på reningsstegen behövs olika analysmetoder så att läkemedlet inte blir skadligt för patienten. Både analys och delar av reningsprocessen använder separationsmetoden kromatografi.

Detta examensarbete undersökte möjligheten för ett automatiskt analyssystem som skulle kunna vara en del av framtidsvisionen för en helautomatisk produktion av antikroppar. För detta ändamål användes två kromatografisystem: ett analytiskt vätskekromatografisystem från Agilent(HPLC)och en ÄKTA Explorer från GE Healthcare, vilket är ett kromatografisystem för proteinrening. Genom att koppla dessa två maskiner skapades ett system för automatisk förbehandling av prov och analys. För att styra dessa maskiner automatiskt användes en programvara som heter Orbit som möjliggör avancerad styrning och programmering av de två kromatografisystemen och har också möjlighet att länka dem. För att testa detta system överfördes monoklonala antikroppar från ÄKTA Explorer till HPLC och analyserades. Experimenten som gjordes i detta projekt visade lovande resultat för att i framtiden kunna utföra helt automatiska analyser av antikroppar. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
author
Guan, Jerry LU
supervisor
organization
course
KETM05 20211
year
type
H2 - Master's Degree (Two Years)
subject
keywords
Chemical engineering, Kemiteknik, Chromatography, Analysis, HPLC, Python, Automatic process control, Monoclonal Antibodies, Antibody purification
language
English
id
9056017
date added to LUP
2021-07-06 10:06:40
date last changed
2021-07-06 10:06:40
@misc{9056017,
  abstract     = {{Downstream processes for purification of biological pharmaceuticals such as monoclonal antibodies are moving from batchwise to not only fully continuous, but also fully automated production. A part of the vision for fully automated purification processes is to be able to automatically analyze from sample streams of the purification steps. Orbit is a software that allows for advanced control of ÄKTA chromatography systems from Cytiva which are used for purification of antibodies. In combination with another software called Satellite CDS, Orbit can also control analytical high performance liquid chromatography (HPLC) systems from Agilent Technologies. 

In this master thesis, an ÄKTA Explorer system was connected to the injection loop of an Agilent HPLC system to form a dual system for sample preparation and analysis. The purpose of the ÄKTA was to collect sample and prepare the sample by a chromatographic step if needed. The HPLC was equipped with a size exclusion column for analysis of aggregates in antibody solution. Two instances of Orbit was used to control and integrate the two systems and experiments were made to test the functionality of the setup. The purpose of this master's thesis was to investigate the possibility of automatic analysis and for this system to be fully operational, a method that ensures that the sample that reaches the HPLC loop has the same concentration as the original sample is needed. This is important to get a representative analysis of the sample. The solutions to this problem could be either by having a larger volume of sample from the ÄKTA Explorer for creating a larger pool or an addition detector at the HPLC injection loop. For even further work, this analytical setup could be integrated into a downstream purification process.}},
  author       = {{Guan, Jerry}},
  language     = {{eng}},
  note         = {{Student Paper}},
  title        = {{Advanced control of chromatography systems for automated analysis of monoclonal antibodies}},
  year         = {{2021}},
}